Détection et migration des gaz dans les milieux géologiques : Expériences et simulations au Laboratoire Naturel de Roselend

Dans le cadre du Traité d’interdiction complète des essais nucléaires, comprendre la migration des gaz dans les roches permettra d’améliorer la détection par la mesure des gaz radioactifs. De nombreux autres domaines des Sciences de la Terre, tant fondamentaux qu’appliqués, sont concernés. L’objectif de cette thèse est d’identifier et de quantifier les mécanismes de transport des gaz dans les roches à partir d’expériences en site naturel et de simulations numériques. Au Laboratoire Naturel de Roselend (Savoie), un tunnel et une chambre isolée, à 55 m de profondeur, ainsi que de nombreux forages permettent de mesurer les gaz présents dans la zone non saturée, à une échelle représentative. La perméabilité et la porosité du milieu ont été déterminées à partir d’injections pneumatiques et de mesures des fluctuations de pression, interprétées par des modélisations numériques. Une approche inverse a permis d’estimer les incertitudes associées. Le suivi à haute résolution et long terme de 3 gaz (CO2, SF6, radon-222) a mis en évidence l’importante dynamique naturelle qui contrôle leur ligne de base, par les fluctuations de pression atmosphérique et les mouvements d’eau. Deux expériences de traçage, au SF6 et à l’hélium-3, ont été réalisées à partir de la chambre isolée. Une percée rapide des traceurs en surface (50 h) a été observée avec une dilution de l’ordre du million. Elle est expliquée par l’advection des gaz dans un petit nombre de fractures, sous l’effet des surpressions, même modestes (<20 mbar), qui accompagnent l’injection. Dans les semaines qui suivent, les traceurs migrent plus lentement dans le milieu poreux fracturé, sous l’effet du pompage barométrique.